单片机系统应用电路设计与实现

1、单片机系统应用电路设计与实现一.基本要求片选信号： 4个地址信号： 4个： 独立电路板结构I/O口线： P3口，P1口数据总线： AD0AD71二.单片机选择1. 选择依据 产品性能指标 是否主流产品2. MCS-51系列单片机 个人知识背景选择使用过的或熟悉的产品，提高开发效率；选择性能与设计要求匹配的产品，降低成本；选择技术成熟、客户群庞大、货源充足的产品； MCS-51系列单片机有众多性能优异的兼容产品、成熟的开发环境、世界上最大的单片机客户群、高性价比、畅通的供货渠道，是初学者的首选机型。2三.单片机最小系统组成1. 8031最小系统组成 8031是MCS-51系列单片机早期产品之一，

2、其最小系统需要在外部扩展程序存储器，成本高、性能差，现已退出市场。32. 8051最小系统组成 8051也是MCS-51系列单片机早期产品之一，内建一次性可编程只读存储器 ( PROM ) ，只需要很少的外围元件即可组成最小系统。现已有内建 Flash存储器的兼容产品，8051已经被使用上更为方便的AT89C51 等单片机产品所代替。4四.8051系列单片机功能扩展1. 功能扩展框图P0P2WRRDINT0INT1EAPSEN分离电路译码电路复位电路RST时钟电路X0X1单片机NC+5V/GND显示电路模数转换电路数模转换电路键盘控制电路模拟量输入模拟量输出D0D7CSCSWRWRWRCSCS

3、WRRDRD单片机为了完成更加复杂的工作必须进行功能扩展。52. 安装结构+5V+5VP3.2ALERSTWRD0RDD1A4D2A3D3A2D4A1D5C4D6C3D7C2P3.4C1GNDGND单片机电路+5V+5VP1.0P1.0P1.1P1.1P1.2P1.2P1.3P1.3P1.4P1.4P1.5P1.5P3.5P3.5P3.3P3.3RXDTXDP1.6P1.6GNDGND6 单片机P0口为数据/地址复用端口，为了得到低8位地址，需要设计数据/地址分离电路。五.数据/地址分离电路设计7六.地址译码电路设计 I/O端口不需要用地址进行访问定位，但仍然需要片选信号进行访问控制，I/O端

4、口访问控制信号的产生方法包括：全地址译码、部分地址译码、地址信号线直接作为I/O选通信号（直接选则）。全地址译码 全部地址参与译码，产生的控制信号对应唯一地址。部分地址译码 部分地址参与译码，产生的控制信号对应某一地址区域，而不是唯一地址。直接选择 直接使用地址线作为读/写访问控制信号线。81. 全地址译码电路设计 3-8译码器（74LS138）性能分析输 入输 出使 能选 择Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7E3 E2 E1C B A1 0 00 0 0011111111 0 00 0 1101111111 0 00 1 0110111111 0 00 1 1111011111 0 01 0

5、0111101111 0 01 0 1111110111 0 01 1 0111111011 0 01 1 11111111074LS13874LS138逻辑功能真值表974LS133地址信号输入A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 X X XFFF8-F 74LS138地址信号输入3-8译码器 74LS138 实现的全地址译码器10E1 E2 E3 A2 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 地 址 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1

6、 1 FFF8H 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 FFF9H 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 FFFAH 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 FFFBH 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 FFFCH 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 FFFDH 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 FFFEH 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 FFFFH 1 X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 - 74LS138输入74LS138输出74LS1

7、38 输出 - 地址对应表11C1 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 E2 E3 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 FF8片选信号与 74LS138 实现二次译码设计在一次译码的基础上进行第二次译码，可得更多的片选信号。12A3 A2 A1 A0 C1 有效 地址0 0 0 0 0 C1-1 FF80H0 0 0 1 0 C1-2 FF81H0 0 1 0 0 C1-3 FF82H0 0 1 1 0 C1-4 FF83H0 1 0 0 0 C1-5 FF84H0 1 0 1 0 C1-6 FF85H0 1 1 0 0

8、C1-7 FF86H0 1 1 1 0 C1-8 FF87H1 0 0 0 0 C1-9 FF88H1 0 0 1 0 C1-10 FF89H1 0 1 0 0 C1-11 FF8AH1 0 1 1 0 C1-12 FF8BH1 1 0 0 0 C1-13 FF8CH1 1 0 1 0 C1-14 FF8DH1 1 1 0 0 C1-15 FF8EH1 1 1 1 0 C1-16 FF8FH二次译码地址信号与片选信号地址对应关系13 74LS138输出状态仅与部分地址信号输入有关。 地址信号A0-A7并未使用，A8-A11作为后续二次译码的地址信号。2. 部分地址译码电路设计14A15 A14

9、 A13 A12 A11 A1 A0 有效 0 0 0 X X X X Y0 0000H1FFFH 74LS138输入片选信号 0 0 1 X X X X Y1 2000H3FFFH 0 1 0 X X X X Y2 4000H5FFFH 0 1 1 X X X X Y3 6000H7FFFH 1 0 0 X X X X Y4 8000H9FFFH 1 0 1 X X X X Y5 A000HBFFFH 1 1 0 X X X X Y6 C000HDFFFH 1 1 1 X X X X Y7 E000HFFFFH 地址信号与片选信号地址范围对应关系未使用地址范围 0000H-1FFFH 取值范

10、围 64K存储空间 分为8块8K Byte15片选信号与74LS138实现二次译码设计16A15 - A12 A11A10A9 A8 - A0 有效 512 Byte0 0 0 0 0 0 0 000 1FF C1-1 0000H- 01FFH二次译码地址信号与片选信号地址对应关系0 0 0 0 0 0 1 000 1FF C1-2 0200H- 03FFH0 0 0 0 0 1 0 000 1FF C1-3 0400H- 05FFH0 0 0 0 0 1 1 000 1FF C1-4 0600H- 07FFH0 0 0 0 1 0 0 000 1FF C1-5 0800H- 09FFH0 0

11、 0 0 1 0 1 000 1FF C1-6 0A00H- 0BFFH0 0 0 0 1 1 0 000 1FF C1-7 0C00H- 0DFFH0 0 0 0 1 1 1 000 1FF C1-8 0E00H- 0FFFH74LS138输入片选信号未使用地址范围173.直接使用地址信号线作为片选信号的方案 该方案的片选信号与地址之间不是线性关系，使用该方案需要熟练掌握片选信号与地址之间的计算关系。18A15 - A12 A11- A0 有效 4K Byte1 1 1 0 000 FFF C1 E000H- EFFFH地址信号与片选信号地址对应关系1 1 0 1 000 FFF C2 D0

12、00H- DFFFH 1 0 1 1 000 FFF C3 B000H- BFFFH0 1 1 1 000 FFF C4 7000H- 7FFFH1 1 1 1 000 FFF - F000H- FFFFH74LS138输入片选信号未使用地址范围19A15 - A12 A11A10A9A8 A7- A0 有效 512 Byte1 1 1 0 0 0 0 0 00 FF C1-1 E000H- E0FFHC1二次译码地址信号与片选信号地址对应关系1 1 1 0 0 0 0 1 00 FF C1-2 E100H- E1FFH 1 1 1 0 0 0 1 0 00 FF C1-3 E200H- E2

13、FFH1 1 1 0 0 0 1 1 00 FF C1-4 E300H- E3FFH1 1 1 0 0 1 0 0 00 FF C1-5 E400H- E4FFH1 1 1 0 0 1 0 1 00 FF C1-6 E500H- E5FFH1 1 1 0 0 1 1 0 00 FF C1-7 E600H- E6FFH1 1 1 0 0 1 1 1 00 FF C1-8 E700H- E7FFH74LS138输入片选信号未使用地址范围20七.总线驱动电路设计 74LS245内部电路单片机所接负载超出其负载能力时需要设计总线驱动电路21八.单片机系统应用电路的设计实例1. 部分地址译码、带有总线驱

14、动电路的系统实例222. 部分地址译码、无总线驱动电路的系统实例233. 直接选通、不要低8位地址和驱动电路的系统实例24单片机应用系统的调试环境一.单片机应用系统调试环境组成 单片机仿真器 单片机程序集成调试环境 单片机应用目标系统 PC机 单片机程序烧录器25二.单片机应用系统调试硬件环境1. 单片机仿真器可以人为控制程序运行过程的“单片机”。普通 单片机严格按照程序指针运行程序单片机仿真器PC机由运行于 PC 机上的仿真监控程序控制单片机程序运行26仿真器主机仿真器头PC机通信线电源27单片机仿真器单片机目标系统板单片机仿真头电源板仿真器电源插头PC机通信电缆插头2. 单片机目标系统调试

15、平台28仿真头与单片机板的连接仿真头第1引脚缺口标志单片机第1引脚缺口标志特别提示：29特别提示：调试系统加电的安全顺序 调试系统包括单片机仿真器和被测电路二个部分，各部分有自己的独立电源，为保证被测电路的安全必须有正确的加电顺序。仿真器电源仿真器电源被测电路电源被测电路电源+5V+12V-12VGND+5V+12V-12VGND+5VGNDGND+5V错误的加电顺序：仿真器先加电，被测电路后加电。正确的加电顺序：被测电路先加电，仿真器后加电，。单片机仿真器仿真头单片机仿真器被测电路被测电路仿真头供电电路供电电路303. 单片机程序烧录器PC机通信线单片机程序烧录器电源31三.单片机应用程序集

16、成调试环境调用集成调试环境32在欢迎界面上选择“取消”进入集成调试环境33选择并打开要调试的文件34在打开文件界面上选择文件存储路径35注：文件名8个字符以内在打开文件界面上选择文件名36编译或汇编打开的程序源文件37生成目标代码并装入仿真器38消息窗口提示源程序语法错误消息窗口提示源程序语法错误39目标代码产生成功的消息提示和符号提示圆点符号提示箭头表示程序执行当前位置40程序调试方法 全速运行、单步、跟踪、运行到光标、断点等调试方式41程序运行过程中的可观察项目42通用寄存器和特殊功能寄存器43任意内容的观察窗口44汇编语言调试的参数观察窗口45C语言调试的变量观察窗口46四.单片机程序调

17、试实例1.调试环境示例472. 部分译码电路输出 C1 C4 信号的测试汇编语言测试程序LOOP: MOV DPTR, #0H MOVX A , DPTR MOV DPTR, #2000H MOVX A , DPTR MOV DPTR, #4000H MOVX A , DPTR MOV DPTR, #6000H MOVX A , DPTR SJMPLOOP END48C语言测试程序#include#include#define C1 XBYTE0 x0000#define C2 XBYTE0 x2000#define C3 XBYTE0 x4000#define C4 XBYTE0 x6000

18、void main(void) while(1) C1=0; C2=0; C3=0; C4=0;49单片机程序调试举例调试方法：断开译码电路负载，运行测试程序， 检查各输出引脚是否有输出， 各个 输出之间相对位置关系是否正确；测试设备：单片机仿真器适用电路：部分地址译码电路调试平台：电子工程设计训练调试台调试内容：地址译码电路输出检测单片机应用系统板40MHz双踪示波器50C1 C4输出波形图C1C2C3C4 用示波器观察C1 C4引脚，应有图示的波形输出。如果没有输出或者彼此关系错乱，都表明电路中存在故障。51电路故障及其现象 74LS138未接电源 74LS138漏接+5V E1、E2未接

19、地 E3未接高电平故障原因 地址线顺序接错 A13恒为高电平或漏接 A13恒为低电平 输出全部为低电平 输出全部为低电平 无输出（全部高电平）无输出（全部高电平）故障现象 输出顺序混乱 C1、C3无输出 C2、C4无输出 74LS138漏接地线 输出全部为高电平 A14恒为高电平或漏接 A14恒为低电平 C1、C2无输出 C3、C4无输出 A15恒为高电平或漏接 C1C4无输出52故障诊断预案举例故障一：C1 C4 无输出53故障二：C2 无输出，C1、C3、C4输出正常543. 数据/地址分离电路 A1 A4 信号的测试汇编语言测试程序LOOP: MOV DPTR, #55H MOVX DP

20、TR , A MOV DPTR, #0AAH MOVX DPTR , A SJMPLOOP ENDC语言测试程序#include#includevoid main(void) while(1) XBYTE0 x0055=0; XBYTE0 x00AA=0; 55单片机程序调试举例调试方法：断开数据/地址分离电路负载，运行 测试程序，检查各输出引脚是否有 输出， 各个输出之间相对位置关系 是否正确；测试设备：单片机仿真器调试平台：电子工程设计训练调试台调试内容：数据/地址分离电路输出检测单片机应用系统板40MHz双踪示波器适用电路：部分地址译码电路56A1A4输出波形图A1A2A3A4ALE55555555AAAAAA 用示波器观察A1 A4引脚，ALE 信号每作用一次，各引脚的电平都会发生一次翻转。如果没有输出或者波形不像图中描述的那样，表明电路中存在故障。57电路故障及其现象 74LS373未接电源 74LS373漏接+5V 未接ALE或ALE无效 AD0 AD3接错故障原因 AD0 AD3漏接 输出全部没有变化 输出全部没有变化 输出全部没有变化 输出关系混乱故障现象 对应引脚无输出 74LS373漏接地线 输出全部没有变化58故障诊断预案举例故障一：A1 A4